Содержание

Гасящий конденсатор вместо гасящего резистора

Иногда возникает задача понизить переменное напряжение сети 220 вольт до некоторого заданного значения, причем применение понижающего трансформатора (в таком случае) не всегда бывает целесообразным.

Скажем, низкочастотный понижающий трансформатор, выполненный традиционно на трансформаторном железе, способный преобразовать мощность 200 Ватт, весит больше килограмма, не говоря о высокой стоимости. Следовательно в некоторых случаях можно применить гасящий резистор, который ограничит ток, однако при этом на самом гасящем резисторе выделится мощность в виде тепла, а это не всегда является приемлемым.

Например, если нужно запитать 200 Ваттную лампу только на половину ее наминала, потребовалось бы рассеять мощность в 100 Ватт на гасящем резисторе, а это крайне сомнительное решение.

Весьма удобной альтернативой, для данного примера, может служить применение гасящего конденсатора, емкостью около14мкф, (такой можно собрать из трех металлопленочных типа К73-17 по 4,7мкф, рассчитанных на 250в, а лучше – на 400в) это позволит получить нужный ток без необходимости рассеивать значительную мощность в виде тепла.

Рассмотрим физическую сторону этого решения. Как известно, конденсатор, включенный в цепь переменного тока, является реактивным элементом, обладающим емкостным сопротивлением, связанным с частотой переменного тока в цепи, а также с собственной емкостью.

Чем больше емкость конденсатора и чем выше частота переменного напряжения в цепи, тем больший ток проходит через конденсатор, значит емкостное сопротивление конденсатора обратно пропорционально его емкости, а также частоте переменного тока, в цепи, куда он включен.

Это видно и из формулы для емкостного сопротивления конденсатора:

Если в цепь переменного тока включены последовательно резистор (активная нагрузка) и конденсатор, то их общее сопротивление можно найти по формуле:

А поскольку и то

Итак, зная напряжение на нагрузке, силу тока нагрузки и напряжение на гасящем конденсаторе, можно определить емкость гасящего конденсатора, который нужно включить последовательно нагрузке для получения требуемых параметров питания:

Рассмотрим пример: требуется запитать лампу накаливания мощностью 100 Ватт, рассчитанную на напряжение 110 вольт от розетки 220 вольт. В первую очередь найдем значение рабочего тока лампы:

Получим значение тока лампы равное 0,91 А. Теперь можно найти требуемое значение емкости гасящего конденсатора, она будет равна 15,2 мкФ.

Следует отметить, что этот расчет верен для чисто активной нагрузки, когда имеет место эффективное значение. При использовании же выпрямителя, необходимо учесть, что эффективное значение тока будет немного меньше в силу действия пульсаций. Также следует помнить, что в качестве гасящих конденсаторов, полярные конденсаторы применять ни в коем случае нельзя.

Лучшее сочетание вакуумных и          полупроводниковых характеристик – однотактный гибридный усилитель звука.

          Мы не создаём иллюзий,
          Мы делаем звук живым!

Разница между подтягивающими и понижающими резисторами и практические примеры

Микроконтроллер в любом Встроенная система использует сигналы ввода / вывода для связи с внешними устройствами. Самая простая форма ввода-вывода обычно обозначается как GPIO (универсальный ввод-вывод). Когда уровень напряжения GPIO низкий, то он находится в состоянии высокого или высокого импеданса, тогда используются подтягивающие и понижающие резисторы, чтобы гарантировать, что GPIO всегда находится в допустимом состоянии. Обычно GPIO размещается на микроконтроллер как ввод / вывод. В качестве входа вывод микроконтроллера может принимать одно из следующих состояний: высокий, низкий, плавающий или высокий импеданс. Когда I / P управляется выше верхнего порога i / p, это логическая единица. Когда I / P приводится ниже I / P, который является нижним порогом, на входе устанавливается логический 0. Когда в плавающем или состояние высокого импеданса, уровень I / P не является постоянно высоким или низким. Чтобы гарантировать, что значения I / P всегда находятся в известном состоянии, используются подтягивающие и понижающие резисторы. Основная функция подтягивающих и понижающих резисторов заключается в том, что подтягивающий резистор переводит сигнал в высокое состояние. если на нем не установлен низкий уровень, а понижающий резистор переводит сигнал в состояние низкого уровня, если только он не установлен на высокий уровень.



Подтягивающие и понижающие резисторы

Что такое резистор?

Резистор – наиболее часто используемый компонент во многих электронные схемы и электронные устройства. Основная функция резистора заключается в том, что он ограничивает прохождение тока к другим компонентам. Резистор работает по принципу закона Ома, который гласит, что рассеивание происходит за счет сопротивления. Единица измерения сопротивления – ом, а символ ом показывает сопротивление в цепи. Есть многочисленные типы резисторов доступны на рынке с различными размерами и рейтингом. Это металлопленочные резисторы, тонкопленочные резисторы и толстопленочные резисторы, резисторы с проволочной обмоткой, сетевые резисторы, поверхностные резисторы, монтажные резисторы, переменные резисторы и специальные резисторы.


Резистор

Рассмотрим два последовательно соединенных резистора, тогда один и тот же ток I течет через два резистора, и направление тока указано стрелкой. Когда два резистора соединены параллельно, падение потенциала V на двух резисторах равно одно и тоже.



Подтягивающие резисторы

Подтягивающие резисторы – это простые резисторы с фиксированным номиналом, которые подключаются между источником напряжения и конкретным выводом. Эти резисторы используются в цифровые логические схемы для обеспечения логического уровня на выводе, что приводит к состоянию, в котором входное / выходное напряжение является несуществующим управляющим сигналом. Цифровые логические схемы состоят из трех состояний: высокого, низкого, плавающего или высокого импеданса. Когда вывод не подтягивается к низкому или высокому логическому уровню, возникает состояние высокого импеданса. Эти резисторы используются для решения проблемы микроконтроллера, переводя значение в высокое состояние, как показано на рисунке. Когда переключатель разомкнут, вход микроконтроллера будет плавающим и отключится только тогда, когда переключатель замкнут. Типичное значение подтягивающего резистора составляет 4,7 кОм, но оно может меняться в зависимости от применения.

Подтягивающий резистор

Схема затвора NAND с использованием подтягивающего резистора

В этом проекте подтягивающий резистор подключен к цепи логической микросхемы. Эти схемы – лучшие схемы для проверки подтягивающих резисторов. Схемы логической микросхемы работают на основе сигналов низкого или высокого уровня. В этом проекте вентиль NAND взят в качестве примера логической микросхемы. Основная функция логического элемента И-НЕ состоит в том, что когда любой из входных элементов логического элемента И-НЕ имеет низкий уровень, тогда выходной сигнал высокий. Таким же образом, когда на входах логического элемента И-НЕ высокий уровень, выходной сигнал низкий.

Необходимыми компонентами для схемы затвора И, использующей понижающие резисторы, являются микросхема затвора И-НЕ (4011), резисторы-2 10 кОм, кнопки-2, резистор 330 Ом и светодиод.


  • Каждый вентиль И-НЕ состоит из двух выводов ввода / вывода и одного вывода вывода / вывода.
  • Две кнопки используются как входы для логического элемента AND.
  • Значение подтягивающего резистора составляет 10 кОм, а остальные компоненты – резистор 330 Ом и светодиод. Резистор 330 Ом включен последовательно для ограничения тока светодиода.

Принципиальная схема логического элемента И-НЕ, использующего 2 понижающих резистора на входах / выходах логического элемента И-НЕ, показана ниже.

Схема затвора NAND с использованием подтягивающего резистора

В этой схеме для подачи питания на микросхему на нее подается напряжение 5 В. Итак, на вывод 14 подается + 5В, а вывод 7 соединяется с землей. Подтягивающие резисторы подключены к входам логического элемента И-НЕ. Подтягивающий резистор подключен к первому входу затвора И-НЕ и положительному напряжению. Кнопка подключена к GND. Когда кнопка не нажата, вход логического элемента И-НЕ высокий. Когда кнопка нажата, вход логического элемента И-НЕ низкий. Для логического элемента И-НЕ оба входа / выхода должны быть низкими, чтобы получить высокий выходной сигнал. Для работы схемы совы необходимо нажать обе кнопки. Это показывает большую полезность подтягивающих резисторов.

Понижающие резисторы

Как подтягивающие резисторы, так и подтягивающие резисторы работают таким же образом. Но они тянут штифт до низкого значения. Понижающие резисторы подключаются между конкретным выводом микроконтроллера и клеммой заземления. Примером понижающего резистора является цифровая схема, показанная на рисунке ниже. Переключатель подключен между VCC и выводом микроконтроллера. Когда переключатель замкнут в цепи, вход микроконтроллера – логическая 1, но когда переключатель разомкнут в цепи, понижающий резистор понижает входное напряжение до земли (логический 0 или низкое логическое значение). Понижающий резистор должен иметь более высокое сопротивление, чем импеданс логической схемы.

Понижающий резистор

И схема затвора с использованием понижающего резистора

В этом проекте понижающий резистор подключен к цепи логической микросхемы. Эти схемы – лучшие схемы для проверки понижающих резисторов. Схемы логической микросхемы работают на основе сигналов низкого или высокого уровня. В этом проекте логический элемент И взят в качестве примера логической микросхемы. Основная функция логического элемента И заключается в том, что когда оба входа логического элемента И имеют высокий уровень, тогда выходной сигнал высокий. Точно так же, когда на входе логического элемента И низкий уровень, выходной сигнал низкий.

Необходимыми компонентами для схемы затвора И с использованием понижающих резисторов являются микросхема затвора И (SN7408), резисторы-2 10 кОм, кнопки-2, резистор 330 Ом и светодиод.

  • Каждый вентиль AND состоит из двух I / P и одного O / P
  • Две кнопки используются как входы для логического элемента AND.
  • Сопротивление понижающего резистора составляет 10 кОм, а остальные компоненты – резистор 330 Ом и светодиод. Резистор 330 Ом включен последовательно для ограничения тока светодиода.

Принципиальная схема логического элемента И, использующего 2-понижающие резисторы на входах / выходах логического элемента И, показана ниже.

И схема затвора с использованием понижающего резистора

В этой схеме для подачи питания на микросхему на нее подается напряжение 5 В. Итак, на вывод 14 подается + 5В, а на вывод 7 выводится земля. Понижающие резисторы подключены к входам логического элемента И. Один понижающий резистор подключается к первому входу логического элемента И. Кнопка подключается к положительному напряжению, а затем понижающий резистор подключается к GND. Если кнопка не нажата, вход логического элемента И будет низким. Если кнопка нажата, вход логического элемента И будет высоким. Для элемента И оба входа / выхода должны быть высокими, чтобы получить высокий выход. Чтобы схема совы заработала, вы должны нажать обе кнопки. Это показывает большую полезность понижающих резисторов.

Применение подтягивающих и понижающих резисторов

  • Подтягивающие и понижающие резисторы часто используются в сопрягающие устройства как подключение переключателя к микроконтроллеру.
  • Большинство микроконтроллеров имеют встроенные программируемые подтягивающие / понижающие резисторы, поэтому возможно прямое сопряжение переключателя с микроконтроллером.
  • Обычно подтягивающие резисторы используются чаще, чем понижающие, хотя некоторые семейства микроконтроллеров имеют как повышающие, так и понижающие резисторы.
  • Эти резисторы часто используются в Аналого-цифровые преобразователи для обеспечения контролируемого потока тока в резистивный датчик
  • Подтягивающие и понижающие резисторы используются в шине протокола I2C, при этом подтягивающие резисторы используются, чтобы позволить одному выводу действовать как I / P или O / P.
  • Когда он не подключен к шине протокола I2C, контакт находится в состоянии высокого импеданса. Понижающие резисторы также используются для выходов, чтобы обеспечить известный O / P.

Таким образом, это все о работе и разнице между подтягивающими и понижающими резисторами на практическом примере. Мы полагаем, что вы получили лучшее представление об этой концепции. Кроме того, по любым вопросам, касающимся этой статьи или Электронные проекты , вы можете связаться с нами, оставив комментарий в разделе комментариев ниже.

Вычисление суммы, разности, интеграла и производной на ОУ / Хабр

В предыдущей публикации цикла мы разобрались, как рассчитать пропорциональное (усилительное) звено на реальном операционном усилителе с учётом его статических и динамических характеристик.

В данной публикации цикла мы научимся с помощью ОУ производить операции сложения и вычитания. Кроме того, мы разберём работу интегрирующих и дифференцирующих звеньев, а также схемы выборки-хранения.



На КДПВ к компании операционных усилителей К140УД708 и К574УД2Б добавлен прецизионный ОУ К140УД1408 – советский аналог LM308.

Для тех, кто присоединился недавно, сообщаю, что это третья из шести публикаций цикла. Содержание публикаций со ссылками на них находится в конце статьи.

Суммирующий усилитель

Операцию сложения на ОУ можно выполнить с помощью суммирующего усилителя. Простейший суммирующий усилитель можно получить добавлением резистора в схему инвертирующего усилителя на ОУ:

Далее аналогично методике расчёта передаточной характеристики инвертирующего усилителя. На инвертирующем входе ОУ присутствует потенциал 0 В. Сумма входных токов через входные резисторы, вследствие наличия на входах напряжений U

вх1

и U

вх2

, компенсируется током через резистор обратной связи R2. Падения напряжений на входных резисторах численно равны U

вх1

и U

вх2

, падение напряжения на резисторе R2 равно U

вых

.

Передаточную характеристику простейшего суммирующего усилителя при равенстве сопротивлений входных резисторов можно представить в виде формулы:

Сопротивление резистора R3, подключённого к неинвертирующему входу ОУ для компенсации тока смещения, равно сопротивлению резисторов в цепи ООС, включённых параллельно.

Для корректной работы суммирующего звена источники сигнала должны иметь как можно более низкое выходное сопротивление, чтобы на результат вычислений не влияло низкое входное сопротивление звена, а источники сигнала не шунтировали друг друга.

Разностный усилитель

Операцию вычитания на ОУ можно выполнить с помощью разностного усилителя. Схему разностного (дифференциального) усилителя тоже можно получить доработкой схемы инвертирующего усилителя на ОУ:

Для сигнала U

вх1

схема ведёт себя как неинвертирующий усилитель, а для сигнала U

вх2

– как инвертирующий. Передаточную характеристику простейшего разностного усилителя при условии попарного равенства сопротивлений R1 = R3 и R2 = R4 можно выразить формулой:

Схема простейшего разностного усилителя проста и наглядна, но не отражает всю сложность поведения этого звена:

  1. Входы простейшего разностного усилителя при R1 = R3 и R2 = R4 имеют, тем не менее, разное входное сопротивление, т. е. по-разному влияют на источники входного сигнала.
  2. При изменении коэффициента передачи простейшего разностного усилителя требуется тщательный подбор номиналов всех четырёх резисторов, чтобы обеспечить и примерное равенство входных сопротивлений, и нужные коэффициенты передачи по каждому входу.

Измерительный усилитель

Измерительный (инструментальный) усилитель является разностным усилителем с одинаковым сопротивлением входов и возможностью настройки коэффициента передачи изменением номинала только одного резистора в цепи ООС:

По сравнению с простейшим разностным усилителем схема значительно усложнена, но настройка коэффициента передачи сводится к подбору сопротивления только одного резистора R1. Всю остальную схему можно разместить на одном кристалле, что повышает технологичность и упрощает обеспечение равенства сопротивлений остальных резисторов.

Коэффициент передачи измерительного усилителя рассчитывается по формуле:

Измерительный усилитель обладает рядом замечательных особенностей:


  1. Если из схемы исключить R1 (R1 = ∞) коэффициент передачи измерительного усилителя становится равным единице, и напряжение на выходе будет равно разности напряжений на входах.
  2. Если подать на верхний вход измерительного усилителя напряжение Uвх1 = 0 В, его можно использовать как инвертирующий усилитель с высоким входным сопротивлением.
  3. Если подать на нижний вход измерительного усилителя напряжение Uвх2 = 0 В, его можно использовать как «классический» неинвертирующий усилитель.
  4. Высокое входное сопротивление позволяет подключить к каждому входу сумматор на резисторах, как в схеме суммирующего усилителя.

Вышеперечисленные особенности позволяют использовать схему в качестве универсального инструмента. Измерительные усилители выпускаются промышленностью готовыми. Сдерживающим фактором применения измерительных усилителей является их повышенная стоимость, поэтому обычно их применяют в критичных высокобюджетных решениях.

Интегрирующее звено

Интегрирующее звено предназначено для вычисления интеграла по времени. Звено является инерционным:

Коэффициент передачи интегрирующего звена при R2 = ∞:

Интегрирующие звенья обычно разрабатывают на основе ОУ с полевыми транзисторами на входе и пренебрежительно малыми входными токами, чтобы минимизировать дрейф выходного напряжения. Если от дрейфа избавиться не удаётся, параллельно конденсатору включают резистор R2 с сопротивлением порядка единиц-десятков МОм для обеспечения ООС по постоянному току.

Резистор R2 ухудшает интегрирующие свойства звена на очень низких частотах и снижает стабильность работы. Если избавиться от ООС по постоянному току в интегрирующем звене не удаётся, имеет смысл попытаться заменить R2 эквивалентным Т-мостом по методике, приведённой в первой публикации цикла.

Дифференцирующее звено

Дифференцирующее звено предназначено для вычисления производной по времени:

Коэффициент передачи дифференцирующего звена при C2 = 0:

Дифференцирующие звенья тоже разрабатывают на основе ОУ с полевыми транзисторами на входе и пренебрежительно малыми входными токами. Конденсатор C2 служит для снижения чувствительности звена к высокочастотным помехам и повышения стабильности работы звена на верхних частотах рабочего диапазона.

Схема выборки-хранения

Схемы выборки-хранения служат для записи и хранения значения аналогового сигнала:

При замыкании контактов S2 производится сброс записанного в конденсатор C1 значения. При замыкании контактов S1 происходит запись в C1 значения U

вх

. При размыкании S1 записанное значение хранится в C1.

В качестве DA2 следует применять ОУ с полевыми транзисторами на входе. В качестве C1 следует применять конденсаторы с низким током утечки и низкой абсорбцией заряда в диэлектрике.

ПИД-регулятор

Все рассматриваемые в рамках публикации звенья объединяет то, что они используются в ПИД-регуляторах:

ПИД-регулятор это устройство, формирующее управляющее воздействие

u(t)

на объект регулирования по сигналу рассогласования

e(t)

, равного разности заданного значения

x(t)

и контролируемого значения

y(t)

, получаемого по цепи обратной связи.

Управляющее воздействие u(t) формируется по формуле:

Схема формирования сигнала рассогласования

e(t)

выбирается исходя из требований точности и бюджета. Зачастую, вместо дорогих интегральных измерительных усилителей, экономически целесообразней использовать схемы простейших разностных усилителей с тщательно подобранными номиналами резисторов.

Поскольку схемы интегрирующего и дифференцирующего звеньев являются инвертирующими, в качестве пропорционального звена следует также использовать инвертирующий усилитель. Если при этом в качестве выходного сумматора применить рассмотренный выше суммирующий усилитель, передаточная функция регулятора будет точно соответствовать формуле (15).

Схемы выборки-хранения обычно применяют для хранения начальных или контрольных значений параметров. Например, сигнала датчика в начальный момент времени и т.п.

Подробней о ПИД-регулировании можно узнать отсюда. Особенное внимание следует обратить на методику подбора коэффициентов.

▍ От автора

Дифференциальный усилитель фигурирует в тексте как «разностный», чтобы его не путали с дифференцирующим звеном.

Вопросы оценки погрешности вычислений остались за рамками публикации, но при необходимости все необходимые для этого методики можно найти в [1].

Из следующей публикации цикла мы узнаем: как реализовать на ОУ функцию умножения, как сравнить по значению два сигнала, как найти наибольшее значение, а также многое другое.

Данный цикл публикаций состоит из шести частей. Краткое содержание публикаций:

  1. Предпосылки появления ОУ. «Идеальный» операционный усилитель. Инвертирующий и неинвертирующий усилители, повторитель.
  2. Отличия «реального» ОУ от «идеального». Основные характеристики реального ОУ. Ограничения реального ОУ.
  3. Суммирующий усилитель. Разностный усилитель. Измерительный усилитель. Интегрирующее звено. Дифференцирующее звено. Схема выборки-хранения. < — Вы тут
  4. Активный детектор. Активный пиковый детектор. Логарифмический усилитель. Активный ограничитель сигнала. Компаратор на ОУ. Источник опорного напряжения. Источник тока. Усилитель мощности.
  5. Частотно-зависимая обратная связь в ОУ. Активные фильтры на ОУ. Генераторы сигналов на ОУ.
  6. Однополярное включение ОУ. Входные помехи, «развязки» и защиты входных цепей, экранирование.

▍ Использованные источники:


  1. Гутников. Интегральная электроника в измерительных устройствах. Энергоатомиздат, 1988
  2. Хоровиц, Хилл. Искусство схемотехники. 2-изд. Мир, 1993
  3. Титце, Шенк. Полупроводниковая схемотехника. 5-изд. Мир, 1982
  4. Шкритек. Справочное руководство по звуковой схемотехнике. Мир, 1991

Стабилитроны

Добавлено 12 июня 2017 в 02:10

Сохранить или поделиться

Если мы подключим диод и резистор последовательно с источником постоянного напряжения так, чтобы диод был смещен в прямом направлении (как показано на рисунке ниже (a)), падение напряжения на диоде будет оставаться достаточно постоянным в широком диапазоне напряжений источника питания.

В соответствии с диодным уравнением Шокли, ток через прямо-смещенный PN переход пропорционален e, возведенному в степень прямого падения напряжения. Поскольку это экспоненциальная функция, ток растет довольно быстро при умеренном увеличении падения напряжения. Другой способ рассмотреть это: сказать что напряжение, падающее на прямо-смещенном диоде, слабо изменяется при больших изменениях тока, протекающего через диод. На схеме, показанной на рисунке ниже (a), ток ограничен напряжением источника питания, последовательно включенным резистором и падением напряжения на диоде, которое, как мы знаем, не сильно отличается от 0,7 вольта. Если напряжение источника питания будет увеличено, падение напряжения на резисторе увеличится почти на такое же значение, а падение напряжения на диоде увеличится очень слабо. И наоборот, уменьшение напряжения источника питания приведет к почти равному уменьшению падения напряжения на резисторе и небольшому уменьшению падения напряжения на диоде. Одним словом, мы могли бы обобщить это поведение, сказав, что диод стабилизирует падение напряжения на уровне примерно 0,7 вольта.

Управление напряжением – это очень полезное свойство диода. Предположим, что мы собрали какую-то схему, которая не допускает изменений напряжения источника питания, но которую необходимо запитать от батареи гальванических элементов, напряжение которых меняется в течение всего срока службы. Мы могли бы собрать схему, как показано на рисунке, и подключить схему, требующую стабилизированного напряжения, к диоду, где она получит неизменные 0,7 вольта.

Это, безусловно, сработает, но для большинства практических схем любого типа для правильной работы требуется напряжение питания свыше 0,7 вольта. Одним из способов увеличения уровня нашего стабилизированного напряжения может быть последовательное соединение нескольких диодов, поскольку падение напряжения на каждом отдельном диоде, равное 0,7 вольта, увеличит итоговое значение на эту величину. Например, если бы у нас было десять последовательно включенных диодов, стабилизированное напряжение было бы в десять раз больше 0,7 вольта, то есть 7 вольт (рисунок ниже (b)).

Прямое смещение Si диодов: (a) одиночный диод, 0,7В, (b) 10 диодов, включенных последовательно, 7,0В.

До тех пор, пока напряжение не упадет ниже 7 вольт, на 10-диодном «стеке» будет падать примерно 7 вольт.

Если требуются большие стабилизированные напряжения, мы можем либо использовать большее количество диодов, включенных последовательно, (по моему мнению, не самый изящный способ), либо попробовать принципиально другой подход. Мы знаем, что прямое напряжение диода является довольно постоянной величиной в широком диапазоне условий, также как и обратное напряжение пробоя, которое, как правило, значительно больше прямого напряжения. Если мы поменяем полярность диода в нашей схеме однодиодного стабилизатора и увеличим напряжение источника питания до того момента, когда произойдет «пробой» диода (диод больше не может противостоять приложенному к нему напряжению обратного смещения), диод будет стабилизировать напряжение аналогичным образом в этой точке пробоя, не позволяя ему увеличиваться дальше, как показано на рисунке ниже.

Пробой обратно смещенного Si диода при напряжении примерно 100 В.

К сожалению, когда обыкновенные выпрямительные диоды «пробиваются», они обычно разрушаются. Тем не менее, можно создать специальный тип диода, который может обрабатывать пробой без полного разрушения. Этот тип диода называется стабилитроном, и его условное графическое обозначение приведено на рисунке ниже.

Условное графическое обозначение стабилитрона

При прямом смещении стабилитроны ведут себя так же, как стандартные выпрямительные диоды: они обладают прямым падением напряжения, которое соответствует «диодному уравнению» и составляет примерно 0,7 вольта. В режиме обратного смещения они не проводят ток до тех пор, пока приложенное напряжение не достигнет или не превысит так называемого напряжения стабилизации, и в этот момент стабилитрон способен проводить значительный ток и при этом будет пытаться ограничить напряжение, падающее на нем, до значения напряжения стабилизации. Пока мощность, рассеиваемая этим обратным током, не превышает тепловых ограничений стабилитрона, стабилитрон не будет поврежден.

Стабилитроны изготавливаются с напряжениями стабилизации в диапазоне от нескольких вольт до сотен вольт. Это напряжение стабилизации незначительно изменяется в зависимости от температуры, и его погрешность может составлять от 5 до 10 процентов от характеристик, указанных производителем. Однако, эта стабильность и точность обычно достаточны для использования стабилитрона в качестве стабилизатора напряжения в общей схеме питания, показанной на рисунке ниже.

Схема стабилизатора напряжения на стабилитроне, напряжение стабилизации = 12,6 В

Пожалуйста, обратите внимание на направление включения стабилитрона на приведенной выше схеме: стабилитрон смещен в обратном направлении, и это сделано преднамеренно. Если бы мы включили стабилитрон «обычным» способом, чтобы он был смещен в прямом направлении, то на нем падало бы только 0,7 вольта, как на обычном выпрямительном диоде. Если мы хотим использовать свойства обратного пробоя стабилитрона, то мы должны использовать его в режиме обратного смещения. Пока напряжение питание остается выше напряжения стабилизации (12,6 вольт в этом примере), напряжение, падающее на стабилитроне, останется примерно на уровне 12,6 вольт.

Как и любой полупроводниковый прибор, стабилитрон чувствителен к температуре. Слишком высокая температура разрушит стабилитрон, и поскольку он и понижает напряжение, и проводит ток, то он выделяет тепло в соответствии с законом Джоуля (P = IU). Поэтому необходимо быть осторожным при проектировании схемы стабилизатора напряжения, чтобы не превышалась номинальная мощность рассеивания стабилитрона. Интересно отметить, что когда стабилитроны выходят из строя из-за высокой мощности рассеивания, они обычно замыкаются накоротко, а не разрываются. Диод, вышедший из строя по такой же причине, легко обнаружить: на нем падение напряжения практически равно нулю, как на куске провода.

Рассмотрим схему стабилизатора напряжения на стабилитроне математически, определяя все напряжения, токи и рассеиваемые мощности. Взяв ту же схему, что была показана ранее, мы выполним вычисления, принимая, что напряжение стабилитрона равно 12,6 вольт, напряжение питания равно 45 вольт, а сопротивнение последовательно включенного резистора равно 1000 Ом (мы будет считать, что напряжение стабилитрона составляет ровно 12,6 вольт, чтобы избежать необходимости оценивать все значения как «приблизительные» на рисунке (a) ниже).

Если напряжение стабилитрона составляет 12,6 вольт, а напряжение источника питания составляет 45 вольт, падение напряжения на резисторе будет составлять 32,4 вольта (45 вольт – 12,6 вольт = 32,4 вольта). 32,4 вольта, падающие на 1000 Ом, дают в цепи ток 32,4 мА (рисунок (b) ниже).

(a) Стабилизатор напряжения на стабилитроне с резистором 1000 Ом. (b) Расчет падений напряжения и тока.

Мощность рассчитывается путем умножения тока на напряжение (P=IU), поэтому мы можем легко рассчитать рассеивание мощности как для резистора, так и для стабилитрона:

\[P_{резистор} = (32,4 мА)(32,4 В)\]

\[P_{резистор} = 1,0498 Вт\]

\[P_{стабилитрон} = (32,4 мА)(12,6 В)\]

\[P_{стабилитрон} = 408,24 мВт\]

Для этой схемы было бы достаточно стабилитрона с номинальной мощностью 0,5 ватта и резистора с мощностью рассеивания 1,5 или 2 ватта.

Если чрезмерная рассеиваемая мощность вредна, то почему бы не спроектировать схему с наименьшим возможным количеством рассеивания? Почему бы просто не установить резистор с очень высоким сопротивлением, тем самым сильно ограничивая ток и сохраняя показатели рассеивания очень низкими? Возьмем эту же схему, например, с резистором 100 кОм, вместо резистора 1 кОм. Обратите внимание, что и напряжение питания, и напряжение стабилитрона не изменились:

Стабилизатор напряжения на стабилитроне с резистором 100 кОм

При 1/100 от значения тока, который был у нас ранее (324 мкА, вместо 32,4 мА), оба значения рассеиваемой мощности должны уменьшиться в 100 раз:

\[P_{резистор} = (324 мкА)(32,4 В)\]

\[P_{резистор} = 10,498 мВт\]

\[P_{стабилитрон} = (324 мкА)(12,6 В)\]

\[P_{стабилитрон} = 4,0824 мВт\]

Кажется идеальным, не так ли? Меньшая рассеиваемая мощность означает более низкую рабочую температуру и для стабилитрона, и для резистора, а также меньшие потери энергии в системе, верно? Более высокое значение сопротивления уменьшает уровни рассеиваемой мощности в схеме, но к сожалению, создает другую проблему. Помните, что цель схемы стабилизатора – обеспечить стабильное напряжение для другой схемы. Другими словами, мы в конечном итоге собираемся запитать что-то напряжением 12,6 вольт, и это что-то будет обладать собственным потреблением тока. Рассмотрим нашу первую схему стабилизатора, на этот раз с нагрузкой 500 Ом, подключенной параллельно стабилитрону, на рисунке ниже.

Стабилизатор напряжения на стабилитроне с последовательно включенным резистором 1 кОм и нагрузкой 500 Ом

Если 12,6 вольт поддерживаются при нагрузке 500 Ом, нагрузка будет потреблять ток 25,2 мА. Для того, чтобы «понижающий» резистор снизил напряжение на 32,4 вольта (снижение напряжения источника питания 45 вольт до 12,6 вольт на стабилитроне), он все равно должен проводить ток 32,4 мА. Это приводит к тому, что через стабилитрон будет протекать ток 7,2 мА.

Теперь рассмотрим нашу «энергосберегающую» схему стабилизатора с понижающим резистором 100 кОм, подключив к ней такую же нагрузку 500 Ом. Предполагается, что она должна поддерживать на нагрузке 12,6 вольт, как и предыдущая схема. Однако, как мы увидим, она не может выполнить эту задачу (рисунок ниже).

Нестабилизатор напряжения на стабилитроне с последовательно включенным резистором 100 кОм и нагрузкой 500 Ом

При большом номинале понижающего резистора на нагрузке 500 Ом будет напряжение около 224 мВ, что намного меньше ожидаемого значения 12,6 вольт! Почему так? Если бы у нас на самом деле было на нагрузке 12,6 вольт, то был бы и ток 25,2 мА, как и раньше. Этот ток нагрузки должен был бы пройти черезе последовательный понижающий резистор, как это было раньше, но с новым (намного большим!) понижающим резистором падение напряжения на этом резисторе с протекающим через него током 25,2 мА составило бы 2 520 вольт! Поскольку у нас, очевидно, нет такого большого напряжения, подаваемого с аккумулятора, то этого не может быть.

Ситуацию легче понять, если мы временно удалим стабилитрон из схемы и проанализируем поведение только двух резисторов на рисунке ниже.

Нестабилизатор с удаленным стабилитроном

И понижающий резистор 100 кОм, и сопротивление нагрузки 500 Ом включены последовательно, обеспечивая общее сопротивление схемы 100,5 кОм. При полном напряжении 45 В и общем сопротивлении 100,5 кОм, закон Ома (I=U/R) говорит нам, что ток составит 447,76 мкА. Рассчитав падения напряжения на обоих резисторах (U=IR), мы получим 44,776 вольта и 224 мВ, соответственно. Если бы в этот момент мы вернули стабилитрон, он также «увидел» 224 мВ на нем, будучи включенным параллельно сопротивлению нагрузки. Это намного ниже напряжения пробоя стабилитрона, и поэтому он не будет «пробит» и не будет проводить ток. В этом отношении, при низком напряжении стабилитрон не будет работать, даже если он будет смещен в прямом направлении. По крайней мере, на него должно поступать 12,6 вольт, чтобы его «активировать».

Аналитическая методика удаления стабилитрона из схемы и наблюдения наличия или отсутствия достаточного напряжения для его проводимости является обоснованной. Только то, что стабилитрон включен в схему, не гарантирует, что полное напряжение стабилитрона всегда дойдет до него! Помните, что стабилитроны работают, ограничивая напряжение до некоторого максимального уровня; они не могут компенсировать недостаток напряжения.

Таким образом, любая схема стабилизатора на стабилитроне будет работать до тех пор, пока сопротивление нагрузки будет равно или больше некоторого минимального значения. Если сопротивление нагрузки слишком низкое, это приведет к слишком большому току, что приведет к слишком большому напряжению на понижающем резисторе, что оставит на стабилитроне напряжение недостаточное, чтобы заставить его проводить ток. Когда стабилитрон перестает проводить ток, он больше не может регулировать напряжение, и напряжение на нагрузке будет ниже точки регулирования.

Однако, наша схема стабилизатора с понижающим резистором 100 кОм должна подходить для некоторого значения сопротивления нагрузки. Чтобы найти это подходящее значение сопротивления нагрузки, мы можем использовать таблицу для расчета сопротивления в цепи из двух последовательно включенных резисторов (без стабилитрона), введя известные значения общего напряжения и сопротивления понижающего резистора, и рассчитав для ожидаемого на нагрузке напряжения 12,6 вольт:

При 45 вольтах общего напряжения и 12,6 вольтах на нагрузке, мы должны получить 32,4 вольта на понижающем резисторе Rпониж:

При 32,4 вольтах на понижающем резисторе и его сопротивлении 100 кОм ток, протекающий через него, составит 324 мкА:

При последовательном включении ток, протекающий через все компоненты, одинаков:

Расчитать сопротивление нагрузки теперь довольно просто согласно закону Ома (R=U/I), что даст нам 38,889 кОм:

Таким образом, если сопротивление нагрузки составляет точно 38,889 кОм, на нем будет 12,6 вольт и со стабилитроном, и без него. Любое сопротивление нагрузки менее 38,889 кОм приведет к напряжению на нагрузке менее 12,6 вольт и со стабилитроном, и без него. При использовании стабилитрона напряжение на нагрузке будет стабилизироваться до 12,6 вольт для любого сопротивления нагрузки более 38,889 кОм.

При изначальном значении 1 кОм понижающего резистора схема нашего стабилизатора смогла бы адекватно стабилизировать напряжение даже при сопротивлении нагрузки до 500 Ом. То, что мы видим, представляет собой компромисс между рассеиванием мощности и допустимым сопротивлением нагрузки. Более высокое сопротивление понижающего резистора дает нам меньшее рассеивание мощности за счет повышения минимально допустимого значения сопротивления нагрузки. Если мы хотим стабилизировать напряжение для низких значений сопротивления нагрузки, схема должна быть подготовлена для работы с рассеиванием большой мощности.

Стабилитроны регулируют напряжение, действуя как дополнительные нагрузки, потребляя в зависимости от необходимости большую или меньшую величину тока, чтобы обеспечить постоянное падение напряжения на нагрузке. Это аналогично регулированию скорости автомобиля путем торможения, а не изменением положения дроссельной заслонки: это не только расточительно, но и тормоза должны быть построены так, чтобы управлять всей мощностью двигателя тогда, как условия вождения не требуют этого. Несмотря на эту фундаментальную неэффективность, схемы стабилизаторов напряжения на стабилитронах широко используются из-за своей простоты. В мощных приложениях, где неэффективность неприемлема, применяются другие методы управления напряжением. Но даже тогда небольшие схемы на стабилитронах часто используются для обеспечения «опорного» напряжения для управления более эффективной схемой, контролирующей основную мощность.

Стабилитроны изготавливаются для стандартных номиналов напряжений, перечисленных в таблице ниже. Таблица «Основные напряжения стабилитронов» перечисляет основные напряжения для компонентов мощностью 0,5 и 1,3 Вт. Ватты соответствуют мощности, которую компонент может рассеять без повреждения.

Основные напряжения стабилитронов
0,5 Вт      
2,4 В3,0 В3,3 В3,6 В3,9 В4,3 В4,7 В
5,1 В5,6 В6,2 В6,8 В7,5 В8,2 В9,1 В
10 В11 В12 В13 В15 В16 В18 В
20 В24 В27 В30 В   
1,3 Вт      
4,7 В5,1 В5,6 В6,2 В6,8 В7,5 В8,2 В
9,1 В10 В11 В12 В13 В15 В16 В
18 В20 В22 В24 В27 В30 В33 В
36 В39 В43 В47 В51 В56 В62 В
68 В75 В100 В200 В   

Ограничитель напряжения на стабилитронах: схема ограничителя, которая отсекает пики сигнала примерно на уровне напряжения стабилизации стабилитронов. Схема, показанная на рисунке ниже, имеет два стабилитрона, соединенных последовательно, но направленных противоположно друг другу, чтобы симметрично ограничивать сигнал примерно на уровне напряжения стабилизации. Резистор ограничивает потребляемый стабилитронами ток до безопасного значения.

Ограничитель напряжения на стабилитронах
*SPICE 03445.eps
D1 4 0 diode
D2 4 2 diode
R1 2 1 1.0k
V1 1 0 SIN(0 20 1k)
.model diode d bv=10
.tran 0.001m 2m
.end

Напряжения пробоя стабилитрона устанавливается на уровень 10 В с помощью параметра bv=10 модели диода в списке соединений spice, приведенном выше. Это заставляет стабилитроны ограничивать напряжение на уровне около 10 В. Встречно включенные стабилитроны ограничивают оба пика. Для положительного полупериода, верхний стабилитрон смещен в обратном направлении, пробивающем стабилитрон при напряжении 10 В. На нижнем стабилитроне падает примерно 0,7 В, так как он смещен в прямом направлении. Таким образом, более точный уровень отсечки составляет 10 + 0,7 = 10,7 В. Аналогично отсечка при отрицательном полупериоде происходит на уровне –10,7 В. Рисунок ниже показывает уровень отсечки немного больше ±10 В.

Диаграмма работы ограничителя напряжения на стабилитронах: входной сигнал v(1) ограничивается до сигнала v(2)

Подведем итоги:

  • Стабилитроны предназначен для работы в режиме обратного смещения, обеспечивая относительно низкий, стабильный уровень пробоя, то есть напряжение стабилизации, при котором они начинают проводить значительный обратный ток.
  • Стабилитрон может работать в качестве стабилизатора напряжения, действуя в качестве вспомогательной нагрузки, потребляющей больший ток от источник, если его напряжение слишком большое, или меньший ток, если напряжение слишком низкое.

Оригинал статьи:

Теги

LTspiceДиодМоделированиеОбучениеСтабилитронЭлектроника

Сохранить или поделиться

Подтягивающие и подтягивающие резисторы | Применение резисторов

Что такое подтягивающие резисторы?

Подтягивающие резисторы — это резисторы, используемые в логических схемах для обеспечения четко определенного логического уровня на выводе при любых условиях. Напоминаем, что цифровые логические схемы имеют три логических состояния: высокий, низкий и плавающий (или высокий импеданс). Состояние высокого импеданса возникает, когда вывод не подтягивается к высокому или низкому логическому уровню, а вместо этого остается «плавающим». Хорошей иллюстрацией этого является неподключенный входной вывод микроконтроллера.Он не находится ни в высоком, ни в низком логическом состоянии, и микроконтроллер может непредсказуемо интерпретировать входное значение либо как логический высокий, либо как логический низкий уровень. Подтягивающие резисторы используются для решения дилеммы микроконтроллера путем подтягивания значения к логическому высокому состоянию, как показано на следующем рисунке.

Цепь нагрузочного резистора

 

Без нагрузочного резистора вход MCU был бы плавающим, когда переключатель разомкнут, и опускался бы до логического минимума, только когда переключатель замкнут.

Подтягивающие резисторы не являются особым типом резисторов; это просто резисторы с фиксированным значением, подключенные между источником напряжения (обычно +5 В, +3,3 В или +2,5 В) и соответствующим контактом, что приводит к определению входного или выходного напряжения в отсутствие управляющего сигнала. Типичное значение подтягивающего резистора составляет 4,7 кОм, но может варьироваться в зависимости от приложения, как будет обсуждаться далее в этой статье.

Определение нагрузочного резистора

Подтягивающие резисторы — это резисторы, которые используются для обеспечения натяжения провода до высокого логического уровня при отсутствии входного сигнала.

Что такое подтягивающие резисторы?

Подтягивающие резисторы

работают так же, как подтягивающие резисторы, за исключением того, что они подтягивают контакт до логического низкого значения. Они подключаются между землей и соответствующим контактом на устройстве. Пример подтягивающего резистора в цифровой схеме можно увидеть на следующем рисунке.

Подтягивающий резистор

 

На этом рисунке кнопочный переключатель подключен между источником питания и выводом микроконтроллера.В такой схеме, когда переключатель замкнут, вход микроконтроллера имеет высокое логическое значение, но когда переключатель разомкнут, подтягивающий резистор понижает входное напряжение до земли (значение логического нуля), предотвращая неопределенное состояние. на входе. Подтягивающий резистор должен иметь большее сопротивление, чем импеданс логической схемы, иначе он может слишком сильно снизить напряжение, и входное напряжение на выводе останется на постоянном низком логическом уровне — независимо от положение переключателя.

Значения подтягивающего и подтягивающего резисторов

Соответствующее значение для подтягивающего (или подтягивающего) резистора ограничено двумя факторами. Первый фактор – рассеиваемая мощность. Если значение сопротивления слишком низкое, через подтягивающий резистор будет протекать большой ток, нагревая устройство и потребляя ненужное количество энергии, когда переключатель замкнут. Это состояние называется сильным подтягиванием, и его избегают, когда требуется низкое энергопотребление. Второй фактор — это напряжение на контакте, когда ключ разомкнут.Если значение сопротивления подтягивания слишком велико в сочетании с большим током утечки входного контакта, входное напряжение может стать недостаточным, когда переключатель разомкнут. Это состояние называется слабым подтягиванием. Фактическое значение сопротивления подтяжки зависит от импеданса входного вывода, который тесно связан с током утечки вывода.

Эмпирическое правило состоит в том, чтобы использовать резистор, который по крайней мере в 10 раз меньше, чем значение импеданса входного контакта. В семействах биполярной логики, работающих при напряжении 5 В, типичное значение подтягивающего резистора составляет 1–5 кОм.Для переключателей и резистивных датчиков типичное значение подтягивающего резистора составляет 1–10 кОм. Если вы сомневаетесь, хорошей отправной точкой при использовании переключателя является 4,7 кОм. Некоторые цифровые схемы, такие как семейство КМОП, имеют небольшой входной ток утечки, что позволяет использовать гораздо более высокие значения сопротивления, примерно от 10 кОм до 1 МОм. Недостатком использования большего значения сопротивления является то, что входной контакт медленно реагирует на изменения напряжения. Это результат связи между подтягивающим резистором и общей емкостью контактов и проводов в коммутационном узле, который образует RC-цепь. Чем больше произведение R и C, тем больше времени требуется для зарядки и разрядки емкости и, следовательно, тем медленнее работает цепь. В высокоскоростных схемах большой подтягивающий резистор иногда может ограничивать скорость, с которой контакт может надежно изменить состояние.

Типичные области применения подтягивающих и подтягивающих резисторов

Подтягивающие и подтягивающие резисторы

часто используются при сопряжении переключателя или какого-либо другого входа с микроконтроллером или другими цифровыми элементами. Большинство микроконтроллеров имеют встроенные программируемые подтягивающие и/или подтягивающие резисторы, поэтому требуется меньше внешних компонентов.Коммутатор можно напрямую подключить к этим микроконтроллерам. Подтягивающие резисторы обычно используются чаще, чем подтягивающие резисторы, хотя в некоторых семействах микроконтроллеров доступны как подтягивающие, так и подтягивающие резисторы.

Они часто используются для подачи контролируемого тока в резистивный датчик перед аналого-цифровым преобразованием сигнала выходного напряжения датчика.

Другим приложением является шина протокола I 2 C, где используются подтягивающие резисторы, позволяющие одному контакту действовать как вход или выход.Когда контакт не подключен к шине, он находится в состоянии высокого импеданса.

На выходах также используются подтягивающие резисторы

, чтобы обеспечить известное выходное сопротивление.

Руководство по подтягивающим/подтягивающим резисторам и их использованию

Подтягивающие и подтягивающие резисторы являются неотъемлемой частью многих цифровых схем. Важно понимать, что такое подтягивающие или подтягивающие резисторы? Почему он используется в цифровых схемах? и как выбрать значение этих? Эта статья ответит на эти три вопроса и даст вам лучшее представление об этом.

ВИДЕО ОБЪЯСНЕНИЕ:

ЧТО ТАКОЕ ПОДТЯГИВАЮЩИЕ ИЛИ ПОДТЯГИВАЮЩИЕ РЕЗИСТОРЫ:

Это обычные резисторы, которые соединяют контакты цифрового входа с VCC или землей. Целью этих резисторов является обеспечение входных контактов эквивалентным напряжению земли или VCC. Обратитесь к приведенной выше принципиальной схеме, резисторы R1 и R2 являются подтягивающими резисторами. Эти резисторы подтягивают напряжение входных контактов до уровня VCC.

Теперь взгляните на приведенную выше принципиальную схему, здесь резисторы R1 и R2 действуют как подтягивающие резисторы.Эти резисторы снижают напряжение входных контактов до уровня GND.

ЗАЧЕМ ИСПОЛЬЗОВАТЬ ПОДТЯГИВАЮЩИЕ ИЛИ ПОДТЯГИВАЮЩИЕ РЕЗИСТОРЫ:

Вкратце, цель подтягивающего или подтягивающего резистора — поддерживать вход цифровых контактов в стабильном состоянии — 1 в случае подтягивающего резистора и 0 в случае подтягивающего резистора. Чтобы объяснить это дальше, нам нужно понять о семействах Logic и о том, чем каждое семейство отличается друг от друга.

ЛОГИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ:

Логический уровень — это не что иное, как диапазон напряжения, который определяет, как вход или выход в цифровой схеме интерпретируется как «1» — высокое состояние или «0» — низкое состояние. В цифровых системах существует множество логических семейств. TTl, CMOS, RTL, DTL — это несколько семейств, из которых TTL и CMOS довольно известны и широко используются.

На изображении выше показана диаграмма логического уровня логического семейства TTL +5Vcc. Как вы можете видеть на диаграммах выхода и входа, для каждого логического состояния существует диапазон напряжения. Что касается уровней входного напряжения, вы можете наблюдать

  1. Чтобы гейт читал логику 1 — диапазон входного напряжения должен быть от 2 до 5 В
  2. Для того, чтобы вентиль мог считать логический 0 — диапазон входного напряжения должен быть от 0 до 0.8в
  3. Подводным камнем является неопределенная область, т.е. при падении входного напряжения от 0,8 до 2В гейт этого не поймет и будет вести себя нежелательным образом. Выход может быть либо 0, либо 1, и мы не можем их предсказать.

Последний случай слишком плох для проектирования цифровой схемы, так как это может привести к отказу всей схемы, и ваш проект не принесет пользы.

ПЛАВАЮЩЕЕ СОСТОЯНИЕ:

Теперь взгляните на приведенную выше схему, где переключатель подключен к входным контактам вентиля ИЛИ.Когда переключатель не подключен, говорят, что контакты находятся в плавающем состоянии, что означает, что на нем нет определенного напряжения. В этот момент электрический шум или электромагнитные волны из окружающей среды вызовут некоторое напряжение на этих контактах, и в результате высока вероятность того, что входное напряжение упадет в этот неопределенный диапазон от 0,8 до 2 В, что приведет к отказу всей нашей системы. В худших случаях шумы и электромагнитные волны будут вызывать флуктуации напряжения, делая всю систему нестабильной.

Чтобы избавиться от описанного выше сценария, добавьте резистор к обоим входным контактам и подключите их к Vcc.При этом напряжение на входных контактах будет увеличено, и напряжение будет почти эквивалентно Vcc. Это заставляет логический вентиль определять входное напряжение как логическую 1 и действовать соответствующим образом.

РАСЧЕТ ЗНАЧЕНИЯ РЕЗИСТОРА:

Каждый контакт цифрового входа потребляет некоторый ток и имеет некоторое внутреннее сопротивление. По этим причинам на этих подтягивающих резисторах существует падение напряжения. Поэтому при выборе номинала резистора мы должны убедиться, что

  1. То, что сопротивление резистора не слишком велико, чтобы не пропускать ток, достаточный для работы входного контакта
  2. Слишком мал, чтобы протекал избыточный ток, что приводило к короткому замыканию.

ПОДТЯГИВАЮЩИЕ РЕЗИСТОРЫ:

Предположим, что наш цифровой вывод вентиля ИЛИ потребляет 100 мкА при +5 В постоянного тока. Я выбрал 4 В в качестве напряжения подтягивания с целью выбора резистора, так как это дает некоторое хорошее пространство от 2 В, за которым находится неопределенная область. Вы не можете выбрать 5 В, так как на резисторе будет некоторое падение напряжения, как указано выше, поэтому безопасно выбрать уровень меньше, чем уровень Vcc. Применяя закон Ома с этими значениями,

R = 5–4 / 100 мкА

= 1 / 100UA

 = 10 кОм

ПОДТЯГИВАЮЩИЕ РЕЗИСТОРЫ:

При указанном выше токе потребления 100 мкА я собираюсь выбрать напряжение понижения 0.5v так как дает номер от 0.8v выше которого вход попадает в неопределенный район. Применение здесь закона Ома даст значение резистора

.

R = 0,5 В / 100 мкА

= 5 кОм

 

ПРИМЕЧАНИЕ:

  • Проверьте входной ток и входное сопротивление вашего цифрового чипа в таблице данных и выполните приведенные выше расчеты, чтобы найти идеальный подтягивающий или подтягивающий резистор для вашей цифровой схемы.
  • Никогда не пытайтесь выполнить описанную выше настройку без резисторов, вы в конечном итоге закоротите источник питания, поскольку замыкание переключателя без резисторов приведет к протеканию избыточного тока, поскольку полное сопротивление отсутствует.

Надеюсь, это руководство было бы для вас большим подспорьем. Оставляйте свои комментарии, вопросы и отзывы об этом ниже, Happy DIY 🙂

Связанный контент

Как работает подтягивающий и подтягивающий резистор?

Давайте обсудим  Как работает подтягивающий и подтягивающий резистор в электронной схеме .Эти резисторы используются, когда требуется постоянное напряжение на входном контакте цифрового устройства (например, микроконтроллер ). Когда к выводу микроконтроллера ничего не подключено, трудно определить состояние вывода, например, High (подтянут к VCC) или Low (подтянут к GND). Эта неопределенность статуса контакта называется плавающим . Между GND и входным контактом можно использовать переключатель, чтобы избежать плавающего состояния. Это решение для плавающей булавки имеет одну проблему, как показано ниже.

Плавающее состояние вывода микроконтроллера

Следовательно, , чтобы избежать как плавания, так и короткого замыкания, используется подтягивающий и подтягивающий резистор . Это сделает состояние контакта устойчивым как высокое или низкое, а также поддержит небольшой ток в цепи. Название pull-up/down связано только с расположением и функциональностью используемого резистора. Это не означает форму/размер/состав резисторов.

Сравнение расположения подтягивающего и подтягивающего резисторов
Рассчитать значение подтягивающего и подтягивающего резисторов

Прежде чем выбрать значение резистора, нам нужно иметь в виду следующее соотношение: «Низкое сопротивление -> Больше тока -> Сильное повышение/понижение -> Больше Рассеиваемая мощность и падение напряжения» и наоборот.

Таким образом, номинал резистора должен быть выбран таким, чтобы он обеспечивал хороший ток, хорошую тягу вверх/вниз, с минимально возможным рассеиванием мощности и падением напряжения. Все эти конструктивные требования могут быть выполнены с помощью резистора 10K 100 кОм . Теперь мы надеемся, что вы понимаете, как работает подтягивающий и подтягивающий резистор в электронной схеме. На этом пока все, а в следующем посте мы узнаем о переменных резисторах и вариантах их использования.

Подтягивающий резистор и подтягивающий резистор


Введение

Самая основная функция подтягивающих или подтягивающих резисторов (совместно именуемых «подтягивающие резисторы») заключается в фиксации сигнальной линии с неопределенным состоянием до высокого уровня (подтягивания). или низкий уровень (pull-down) через резистор.Независимо от конкретного использования, эта основная функция одинакова. Но в другом приложении значение сопротивления будет другим, что приводит к появлению множества новых концепций.

В этой статье в основном представлены подтягивающий резистор и подтягивающий резистор. Во-первых, он представляет подтягивающий резистор с точки зрения его концепции, функции, основ, недостатков, принципа выбора и применения. Во-вторых, в нем представлен подтягивающий резистор из концепции, функции, принципиальной схемы, типовой схемы и принципа настройки.Наконец, в нем представлены общие черты обоих резисторов, такие как функции, методы подключения, а также выбор и расчет.


Каталог

4


95 Принцип настройки

Введение

ⅠPull резистором

1. 1 Концепция

1.2 Функциональные

1.3 Основы

1.4 Недостатки

1.5 подбирая принцип подтягивания резистора

1,6 причины использования

1,75229

1.7 приложения

II выдвижной резистор

2.1 концепция

2.2 Функция

2.3 Принципиальная схема подтягивающего резистора

2.4 Типовая схема

III Функции подтягивающего резистора и выдвижной резистор

3.1 Улучшение устойчивости цепи и избежать неисправностей

3. 2 Увеличение грузоподъемности выходных пинсов

IV Методы проводки подтягивания резистора и выдвижной резистор

Ruit up и расчет подтягивания резистора и выдвижной резистор


Я подтягивающую Резистор

Подтягивающий резистор предназначен для фиксации неопределенного сигнала через резистор на высоком уровне, а резистор действует как ограничитель тока.То же самое относится и к резистору подтягивания, который также ограничивает неопределенный сигнал через резистор на низком уровне.

Подтягивающий резистор — входной ток, подтягивающий — выходной ток; значение сопротивления подтягивающего резистора отличается от сопротивления подтягивающего резистора, строгого различия нет; возможность обеспечения тока и напряжения для выходных цепей без коллектора (или стока) с разомкнутой цепью (таких как обычные схемы затвора) ограничена. Функция подтягивающего резистора в основном состоит в том, чтобы выводить токовый канал для выходной схемы с открытым коллектором.

1.1  Концепция

К выходу подключен резистор, снятый с высокого уровня источника питания.

(1) Если уровень выводится с OC (Open Collector, TTL) или OD (Open-Drain, CMOS), то подтягивающий резистор не работает. Легко понять, что лампа не может выдать высокий уровень без блока питания.

(2) Если выходной ток относительно велик, выходной уровень будет уменьшаться (в цепи уже есть подтягивающий резистор, но сопротивление слишком велико и падение напряжения слишком велико), подтягивающий резистор можно использовать для обеспечения составляющей тока и «поднятия» уровня. То есть на подтягивающий резистор внутри ИС помещается резистор, который уменьшает общее сопротивление и увеличивает общий ток. Конечно, подтягивающий резистор лампы, работающей в линейном диапазоне, не должен быть слишком маленьким. Конечно, этот метод также используется для согласования уровня ворот.

1.2 Функция

(1) Когда ТТЛ-схема управляет КМОП-схемой, если выходной высокий уровень схемы ниже самого низкого высокого уровня КМОП-схемы (обычно 3.5 В), необходимо подключить подтягивающее сопротивление к выходному концу TTL, чтобы улучшить выходной высокий уровень.

(2) Затвор OC должен использовать подтягивающий резистор для увеличения значения высокого уровня на выходе.

(3) Для повышения управляемости выходных контактов на некоторых однокристальных компьютерах часто используются подтягивающие резисторы.

(4) На микросхеме CMOS, чтобы предотвратить повреждение, вызванное статическим электричеством, неиспользуемые контакты не могут быть подвешены, а подтягивающий резистор обычно подключается для уменьшения входного сопротивления и обеспечения пути разряда.

(5) Штырек чипа и тяговый резистор добавлены для повышения уровня выходного сигнала, чтобы улучшить устойчивость к шуму входного сигнала чипа и улучшить помехоустойчивость.

(6) Чтобы улучшить способность шины противостоять электромагнитным помехам, легче воспринимать внешние электромагнитные помехи, когда штыри подвешены.

(7) Несоответствие сопротивлений при передаче по длинной линии может вызвать интерференцию отраженных волн, добавление подтягивающего резистора и резистора понижения предназначено для согласования сопротивлений и эффективного подавления интерференции отраженных волн.

1.3  Основы

На начальном этапе включения цифровой схемы, поскольку высокий уровень и низкий уровень состояния выхода неопределенны, для того, чтобы сделать состояние схемы правильным, необходимо использовать вытягивание повышающий резистор или понижающий резистор для стабилизации неопределенного состояния цепи.

На проводе, к которому подключен подтягивающий резистор, если внешний компонент не включен, подтягивающий резистор будет слабо подтягивать сигнал входного напряжения к высокому уровню. Когда внешние компоненты не подключены, внешнее выглядит высокоимпедансным по отношению к входу. В этот момент напряжение на входном порту можно поднять до высокого уровня с помощью подтягивающего резистора. Если внешний компонент включен, он отменит высокий уровень, установленный нагрузочным резистором. Таким образом, подтягивающий резистор позволяет контакту поддерживать определенный логический уровень даже при подключении внешних компонентов.

1.4 Недостатки

Недостатком подтягивающего резистора является то, что он будет потреблять дополнительную энергию при протекании через него тока и может вызвать задержку выходного уровня.

Некоторые логические микросхемы чувствительны к переходному состоянию источника питания, подаваемого через подтягивающий резистор, поэтому для подтягивающего резистора требуется отдельный отфильтрованный источник напряжения.

Примечание: следует отметить, что слишком большой подтягивающий резистор вызовет задержку выходного уровня. (задержка RC) резистор для установки высокого уровня.

1.5 1.5 Выбор P Rinciple P ULL-UP сопротивляются или

(1) с точки зрения спасения энергопотребления и потребляемая мощность микросхемы должна быть достаточно большой, большой по сопротивлению и малой по току.

(2) С точки зрения обеспечения достаточного тока возбуждения он должен быть достаточно малым, иметь низкое сопротивление и большой ток.

(3) Для высокоскоростных цепей чрезмерное сопротивление натяжению может сгладить края.

Учитывая три вышеуказанных пункта, сопротивление подтягивающего резистора обычно выбирают от 1к до 10к.

1,6 R easons для использования

Как правило, когда одна кнопка используется для запуска, если сама ИС не имеет внутреннего резистора, чтобы поддерживать одну кнопку в неактивированном состоянии или вернуться к исходному состоянию после срабатывания триггера необходимо подключить еще один резистор вне ИМС.

Цифровые схемы имеют три состояния: высокий уровень, низкий уровень и состояние высокого импеданса.

Когда в некоторых приложениях не требуется высокоимпедансное состояние, их можно стабилизировать с помощью подтягивающих резисторов или подтягивающих резисторов, в зависимости от конструктивных требований.

1.7 Применение

Нагрузочный резистор можно разместить между логическим элементом соединения и его входной клеммой. Например, входной сигнал можно поднять с помощью резистора, а переключатель или перемычка могут соединить вход с землей.Подтягивающие резисторы могут работать, когда логическое устройство не обеспечивает ток.

Открытый коллектор имеет подтягивающий резистор, и такой выходной сигнал схемы часто применяется в случаях управления внешними устройствами, комбинационными логическими схемами и множеством устройств, подключенных к одной шине.

Например, схема, показанная справа, использует 5 вольт для возбуждения повторителя. Если вход слева не подключен, подтягивающий резистор R1 обеспечивает низкий уровень входного сигнала.Серия 7407TTL представляет собой коллекторный буфер, который выводит только те входные сигналы, которые он получает. Но для правого устройства, поскольку это устройство типа TTL, когда оно выдает высокий уровень, это эквивалентно неподключенному устройству для правой стороны. В это время подтягивающий резистор R2 подтягивает выходной сигнал до 12 вольт, что обеспечивает достаточное напряжение для включения полевого транзистора следующей ступени, тем самым активируя реле.


II   Подтягивающий резистор

Подтягивающий резистор предназначен для фиксации неопределенного сигнала через резистор на высоком уровне, и резистор одновременно действует как ограничитель тока. Принцип установки подтягивающего резистора такой же, как у подтягивающего резистора.

Подтягивающий резистор напрямую подключен к земле, а конец резистора находится на низком уровне при подключении к диоду.

2.1 Концепция

(1)   Подключите неопределенный сигнал к земле GND через резистор и зафиксируйте его на низком уровне.

(2) Pull-down — это выходной ток устройства.

(3)   Когда порт ввода-вывода с подтягивающим резистором установлен в состояние входа, он обычно имеет низкий уровень.

2.2 Функция

Основная функция подтягивающего резистора – обеспечение линии (узла) фиксированным уровнем при отключении формирователя цепи вместе с подтягивающим резистором.

(1) Увеличить уровень напряжения

а. Когда схема TTL управляет схемой CMOS, если высокий уровень выходного сигнала схемы ниже, чем самый низкий высокий уровень схемы CMOS (обычно 3,5 В), необходимо подключите подтягивающее сопротивление к выходному концу TTL, чтобы улучшить выходной высокий уровень.

b. Затвор OC должен использовать подтягивающий резистор для увеличения значения высокого уровня на выходе.

(2) Для повышения управляемости выходных контактов на некоторых однокристальных компьютерах часто используются подтягивающие резисторы.

(3) На микросхеме CMOS, чтобы предотвратить повреждение, вызванное статическим электричеством, неиспользуемые контакты не могут быть подвешены, а подтягивающий резистор обычно подключается для уменьшения входного сопротивления и обеспечения пути разряда.

(4) Несоответствие сопротивлений при передаче по длинной линии может вызвать интерференцию отраженных волн, добавление подтягивающего резистора и резистора понижения предназначено для согласования сопротивлений и эффективного подавления интерференции отраженных волн.

(5) Заданное состояние пространства/потенциал по умолчанию: на некоторых входных клеммах CMOS нагрузочные или понижающие резисторы предназначены для предварительной установки потенциала по умолчанию. Когда эти контакты не используются, эти входы понижаются до 0 или подтягиваются до 1.

(6) Улучшите запас шума входного сигнала микросхемы: если входная клемма находится в состоянии высокого импеданса или высокого – клемма входа импеданса находится в подвешенном состоянии, в это время необходимо добавить подтягивающий резистор или подтягивающий резистор, чтобы избежать влияния на работу схемы для получения случайного уровня.Точно так же, если выход находится в пассивном состоянии, к нему необходимо добавить подтягивающий резистор или подтягивающий резистор, например, выход представляет собой просто коллектор триода. Таким образом, улучшается шумовой запас входного сигнала микросхемы и повышается помехоустойчивость.

2.3 схема D IAGRAM P ULL-Down R Esistor

13

2. 4 Типичный C Ircuit

На следующем рисунке показана схема подтягивающего резистора.

Это инвертор в цифровой схеме. Входная клемма Ui заземляется через подтягивающий резистор R1, так что при отсутствии входа высокого уровня входная клемма может стабильно находиться в состоянии низкого уровня, предотвращая возможные помехи высокого уровня из-за неправильной работы инвертора.

При подключении подтягивающего резистора R1 и напряжении питания 5 вольт сопротивление подтягивающего резистора R1 обычно составляет от 100 до 470 Ом. Поскольку значение сопротивления R1 очень мало, различные помехи высокого уровня на входной клемме подключаются к земле для достижения цели защиты от помех.

2,5 S установка P rinciple

Принцип работы такой же, как у подтягивающего резистора. Подбор подтягивающего резистора следует производить в сочетании с характеристиками переключающего транзистора и входными характеристиками цепи нижнего уровня. Следует учитывать следующие факторы.

(1) Баланс возможностей привода и энергопотребления

Возьмем в качестве примера подтягивающий резистор.Вообще говоря, чем меньше сопротивление подтягивания, тем сильнее способность управления, но чем больше потребляемая мощность, тем больше внимания следует уделять балансу между обоими резисторами.

(2) Требования к возбуждению цепей нижнего уровня

Аналогично возьмем, например, подтягивающий резистор. Когда на выходе высокий уровень и переключатель выключен, подтягивающий резистор должен быть правильно выбран, чтобы обеспечить достаточный ток для цепи более низкого уровня.

(3) Настройка высокого и низкого уровня

Пороговые уровни высокого и низкого уровня различаются для разных цепей, и резистор должен быть правильно установлен, чтобы гарантировать правильный уровень на выходе.Возьмем в качестве примера подтягивающий резистор. Когда выход низкий и переключатель включен, подтягивающий резистор и двухпозиционный резистор переключателя должны оставаться ниже порога нулевого уровня.

(4) Частотные характеристики

В качестве примера возьмем нагрузочный резистор. Емкость между подтягивающим резистором и каскадом сток-исток ключа и входная емкость между цепями нижнего уровня образуют RC-задержку. Чем больше сопротивление, тем больше задержка.

Когда затвор OC выдает высокий уровень, это состояние с высоким импедансом, и его подтягивающий ток обеспечивается подтягивающим резистором. Выходное напряжение затвора OC находится в состоянии высокого сопротивления, а его подтягивающий ток обеспечивается подтягивающим резистором. Предположим, что входной порт не превышает 100 мкА на порт, а выходной ток выходного порта составляет около 500 мкА, стандартное рабочее напряжение составляет 5 В, а порог высокого и низкого уровня входного порта составляет 0,8 В (ниже этого значения). значение низкого уровня).


III Функции подтягивающего резистора и подтягивающего резистора

3.1 Повышение стабильности цепи и предотвращение неисправностей

Если кнопка на первом рисунке не нажата. через резистор, то в момент включения питание может выйти из строя, т.к. уровень на выводе микроконтроллера не определен в момент включения питания. Но подтягивающий резистор R12 гарантирует, что контакт находится в высоком состоянии без сбоев.

3.2 Увеличить нагрузочную способность выходных контактов

Влияние других периферийных цепей на микроконтроллер недостаточно при высоком уровне вывода, который не достигает состояния VCC, что повлияет на нормальную работу всего система. Наличие подтягивающего резистора может улучшить управляемость вывода. Здесь особо выделено следующее:

Для микроконтроллера со встроенными ресурсами I2C выводы SCL и SDA являются выводами с открытым стоком.При использовании в качестве обычного GPIO вы обнаружите, что выход этого вывода крайне нестабилен и не может нормально выводиться из-за нагрузки. В это время вам нужно добавить подтягивающий резистор на эти два контакта.


IV Методы подключения подтягивающего резистора и подтягивающего резистора

Подтягивающий резистор и подтягивающий резистор используются в цифровых схемах, где есть высокие и низкие уровни.

Подтягивающий резистор: один конец резистора подключен к VCC, а другой конец подключен к контакту доступа к логическому уровню (например, контакту MCU).

Подтягивающий резистор: один конец резистора подключен к GND, а другой конец подключен к контакту доступа к логическому уровню (например, контакту MCU).

Как показано выше, R13 и R14 подключены к 3,3 В на одном конце, а другой конец подключен к контактам MCU через J17. Эти два резистора являются подтягивающими резисторами.

Как показано выше, один конец R18 подключен к GND, а другой конец подключен к выводу микроконтроллера (просто натягивает резистор и подключается к выводу MCU).Итак, это подтягивающий резистор.


Ⅴ Подбор и расчет подтягивающего резистора и подтягивающего резистора

В общих технических данных в некоторых технических спецификациях пишут, что «бесполезные штыри не допускается подвешивать и их необходимо соединять с подтягивающими или подтягивающие резисторы для обеспечения определенного рабочего состояния».

Эта идея в принципе верна, но не совсем так. Подробности приведены ниже.

Есть две отправные точки для проектирования подтягивающего резистора и подтягивающего резистора на штырях.

Во-первых, при нормальной работе или в состоянии единичного отказа штифт не должен находиться в неопределенном состоянии, например, в подвешенном состоянии из-за отсоединения разъема;

Во-вторых, с точки зрения энергопотребления, сопротивление пин-порта не должно потреблять слишком большой ток, особенно для устройств с батарейным питанием, когда пин-код долго ждет.

С точки зрения помехоустойчивости сигнальный порт предпочтительнее нагрузочного резистора. При увеличении сопротивления в режиме ожидания вход клеммы источника обычно находится в состоянии высокого импеданса.Если нет подтягивающего резистора или подтягивающего резистора, входной проводник представляет собой антенный эффект. Как только стержень возмущается излучением, входное состояние стержня очень легко изменить. Поэтому этот резистор обязательно нужно добавить. Следующий вопрос заключается в том, следует ли добавить подтягивающий резистор или подтягивающий резистор.

Если добавить подтягивающий резистор, в нормальном состоянии на входе будет низкий уровень, но при наличии радиационных помех он будет разряжаться на землю через подтягивающий резистор, а переход от низкого до High, что приведет к ложному срабатыванию.

Однако, если добавить подтягивающий резистор, в нормальном состоянии на входе будет высокий уровень. После возникновения помех излучения не имеет значения, даже если вход находится на низком уровне, потому что подтягивающий резистор фиксирует входную клемму на высоком уровне. Если радиационные помехи достаточно сильны, чтобы превысить уровень Vcc, помехи высокого уровня на проводнике будут разряжаться до Vcc через подтягивающий резистор. Независимо от того, как возникают помехи, произойдет только изменение с High на Higher, и ложных срабатываний не произойдет.

Рисунок 1 и рисунок 2 представляют собой диаграммы уровней в состоянии помех. При изменении низкого уровня на рис. 2 с VL на VL+∆V происходит переход от низкого уровня к высокому уровню, что может привести к риску неисправности схемы последующей ступени.

Можно ли после использования подтягивающего резистора подобрать подтягивающий резистор по желанию?

             Рисунок 1.

        

              Рисунок 2.

Возможны две ситуации:

a. Когда I0 >= I1 + I2

В этом случае две нагрузки RL1 и RL2 не пропускают ток через R, поэтому значение сопротивления R не должно быть высоким, обычно 4,7 кОм

б. Когда I0 < I1 + I2

    I0 +I= I1 + I2

    U=VCC-IR

    U>=VHmin

Из приведенных выше трех формул можно сделать вывод: R>=(VCC-VLmax)/I’

Из приведенных выше двух формул можно рассчитать верхний и нижний пределы R, из которых можно взять значение, более близкое к промежуточному состоянию. Обратите внимание, что если количество нагрузок не определено, оно должно быть рассчитано в соответствии с наихудшим случаем, верхнее предельное значение должно быть рассчитано в соответствии с максимальной нагрузкой, а нижнее предельное значение должно быть рассчитано в соответствии с минимальной нагрузкой.

Верхний предел должен рассчитываться в соответствии с максимальной нагрузкой, а нижний предел должен рассчитываться в соответствии с наименьшей нагрузкой.

Другой вариант основан на соображениях энергопотребления. В соответствии с фактическим применением схемы выбирается соотношение частоты или времени состояния выходного сигнала.Если сигнал vout находится на низком уровне в течение длительного времени, следует выбрать подтягивающий резистор; если он находится на высоком уровне в течение длительного времени, следует выбрать подтягивающий резистор. Поэтому ток покоя будет мал.


Вам также могут понравиться:

Как проверить различные типы резисторов с помощью стрелочного мультиметра

Каковы функции и области применения варистора?

Как проверить сопротивление заземления?

Что такое гигантское магнитосопротивление (ГМС)?

Объяснение использования подтягивающего и подтягивающего резистора

Введение

Как мы все знаем, Резисторы играют важную роль в ограничении тока в цепи. Среди них часто упоминаются подтягивающие резисторы и подтягивающие резисторы, которые часто используются в электронике. Подтяжка предназначена для фиксации неопределенного сигнала до высокого логического уровня через резистор, который действует как ограничитель тока; в то время как подтягивающий резистор ограничивает неопределенный сигнал до низкого логического уровня. Поскольку в цифровых схемах существует только два состояния высокого уровня и низкого уровня, на начальном этапе цифровых сигналов он является неопределенным.

Подтягивающий/подтягивающий резистор – объяснение (с расчетом)

Каталог


Ⅰ Почему подтягивающий и подтягивающий резисторы?

Подтягивающие резисторы и подтягивающие резисторы часто применяются при сопряжении переключателя или другого входа с микроконтроллером или другими цифровыми элементами. То есть на начальном этапе включения питания цифровой схемы, поскольку высокий логический уровень и низкий уровень состояния выхода неопределенны, для нормального состояния схемы необходим подтягивающий резистор или подтягивающий резистор. для стабилизации неопределенного состояния цепи. Низкий логический уровень подключен к GND внутри ИС, а высокий уровень подключен к сверхсопротивлению внутри ИС.
Подтягивающий резистор подключается к порту состояния источника питания. Проще говоря, к этой точке прикладывается высокое напряжение, где потенциал будет увеличиваться.Подтягивающий резистор означает, что резистор подключен к отрицательному полюсу, а также в случае цифрового заземления. Когда сигнал входного порта изменяется из-за различных форм схемы, изменение будет передано обратно в выходной порт, так что выходной порт приобретает состояние, которое должно было быть завершено, но входной порт в это время не имеет сигнала и сохраняет исходное состояние.
Согласно приведенному выше пониманию, многие люди могут чувствовать себя неловко. Возьмите пример из повседневной жизни, когда вы используете ключ, чтобы открыть дверь, люди входят, но дверь не закрыта, в это время вы можете добавить переключатель, чтобы дверь закрывалась автоматически.

Рис. 1. Схема нагрузочного резистора на положительном входе

Приведенная выше схематическая диаграмма объясняет, почему положительный полюс и входной терминальный резистор могут повышать уровень. Предполагается, что два сопротивления порта эквивалентны. Мы можем получить, что напряжение порта составляет 2,5 В по закону Ома. Подключив подтягивающий резистор (красная часть), напряжение порта в это время повышается, рассчитайте напряжение порта. Среди них 10K подключается параллельно с подключенным позже 1K, а сопротивление должно быть больше или равно 1K, что эквивалентно последовательному соотношению между 1K и резистором 10K ниже, но проходящий ток фактически одинаков.Наконец, напряжение двух резисторов 10K увеличивается, и напряжение на клеммах также увеличивается.
Контакт, подключенный к микросхеме и питанию (или земле), не обязательно является подтягивающим резистором. Когда это происходит, многие люди могут подумать, что красная часть рисунка также является подтягивающим резистором. Однако он не соединен последовательно ни с каким контактом или землей. На самом деле, он используется для пускового резистора схемы, а не для подтягивающего/подтягивающего резистора. Для подтягивающих/подтягивающих резисторов это только для входного порта и выходного порта.Хотя в некоторых схемах подтягивающий и подтягивающий резисторы подключаются к резервным портам для стабильности, не все резисторы постоянно подключены к одному выводу микросхемы, а другой вывод подключен к питанию или земле для представления подтягивающие и подтягивающие резисторы.

 

Ⅱ Цепи с подтягивающими и подтягивающими резисторами

Посмотрите следующие анализы, чтобы выяснить, что такое подтягивающий резистор и подтягивающий резистор в цепях. Подтягивающие резисторы используются для обеспечения того, чтобы провод был подтянут к высокому логическому уровню при отсутствии входа, в то время как подтягивающие резисторы обеспечивают активное управление напряжением между VCC и выводом микроконтроллера. Просто проверьте детали ниже.

Рис. 2. Цепь OC (TTL), цепь OD (COMS)

Когда порт ввода-вывода микросхемы находится на высоком уровне, сопротивление между узлом и GND очень велико, что можно понимать как бесконечное. В это время он подключен к VCC через подтягивающий резистор (например, резистор 4,7 кОм, 10 кОм), а делитель напряжения подтягивающего резистора практически незначителен. Когда узел порта ввода-вывода находится на низком уровне, его можно напрямую подключить к GND.В это время VCC и GND подключены через подтягивающий резистор, и ток, проходящий через них, очень мал, что можно не учитывать.
Значение уровня относится к уровню земли, поэтому следует обращаться к значению уровня земли. Посмотрите, подключены ли эти контакты к земле, это не имеет никакого отношения к тому, подключены ли они к периферийным устройствам.
Подключите подтягивающий резистор 10 кОм или 4,7 кОм между узлом и +5 В, чтобы увеличить потенциал этого узла. Часто для управления этим узлом требуется однокристальный микрокомпьютер или другой контроллер (и этот узел подключен к вводу-выводу). Если вы просто хотите сделать этот узел высокого уровня, а выходное сопротивление очень большое, то можно напрямую подключить блок питания, но если микроконтроллер хочет сделать этот узел низким, то есть узел заземляется внутри микроконтроллера, чтобы источник питания 5 В и земля были закорочены.
Кроме того, когда требуется, чтобы этот узел находился на высоком уровне, импеданс между этим узлом и землей обычно очень велик. Например, при импедансе 100 кОм при подключении подтягивающего резистора 10 кОм напряжение в этой точке составляет 100 кОм/(100 кОм +10 кОм)*5 В=4.5V, поэтому он также может получить высокий уровень.
Когда требуется низкоуровневый узел, просто подключите его к земле, а между источником питания и землей есть резистор 10K, чтобы не было короткого замыкания. Когда он низкий, между источником питания и землей возникает петля, образованная нагрузкой. Иногда этот узел будет соединен с резистором последовательно. Поскольку ток течет к месту с низким импедансом, ток будет течь на землю через резистор, подключенный к источнику питания, а не к этому сопротивлению, подключенному к узлу, потому что резистор, подключенный к этому узлу, имеет высокий импеданс, поэтому потенциал в этой точке находится на низком уровне.
Можно считать, что для порта ввода/вывода ИС управление высоким и низким уровнями внутри ИС эквивалентно управлению портом вывода/вывода, который должен быть подключен к его внутреннему заземлению или очень большому резистору, такому как 100К Ом. Когда порт ввода-вывода находится на низком уровне (0 В), внутри микросхемы контакт, управляющий портом ввода-вывода микросхемы, подключается к GND.
Когда порт ввода-вывода находится на высоком уровне, например 5 В, контакт порта ввода-вывода подключен к очень большому резистору в микросхеме, например, 100 кОм, а иногда еще один подключен последовательно к I /О узел.Резистор с небольшим значением сопротивления, например 68 Ом, потому что ток течет в место с низким импедансом, когда порт ввода-вывода и GND внутри микросхемы подключены к низкому уровню, подтягивающий резистор и GND внутри чипа образуют петлю.
В это время ток в узле порта ввода-вывода будет течь к GND внутри микросхемы, потому что в узле последовательно подключен резистор с малым сопротивлением, который имеет высокое сопротивление по отношению к GND, поэтому ток не будет течь. через этот последовательный резистор.
При использовании подтягивающего резистора, когда порт ввода-вывода находится в состоянии высокого импеданса, подтягивающий резистор может удерживать его в состоянии высокого уровня. То есть, когда порт ввода-вывода находится в состоянии с высоким импедансом, для подключения этого порта к GND используется подтягивающий резистор. Высокоимпедансное состояние имеет большое значение сопротивления, что можно понимать как отключение, по сути это большой резистор внутри микросхемы. Резисторы подключены и притянуты к земле, поэтому ток отсутствует, а значение уровня равно 0.Он может работать только в том случае, если этому контакту не присвоено значение высокого уровня.

Рис. 3. Подтягивающий и подтягивающий резисторы в MCU

 

Ⅲ Какова роль подтягивающего и подтягивающего резисторов?

Что касается подтягивающих и подтягивающих резисторов, вообще говоря, подтягивающий резистор увеличивает ток, а подтягивающий резистор используется для поглощения тока.
1) Увеличьте уровень напряжения.
Когда схема TTL управляет схемой CMOS, если высокий уровень выходного сигнала схемы TTL ниже, чем самый низкий высокий уровень схемы CMOS, тогда необходимо подключить нагрузочный резистор к выходной клемме TTL для увеличить значение выходного высокого уровня.Цепь затвора OC должна добавить подтягивающий резистор, чтобы увеличить значение высокого уровня на выходе.
2) Увеличьте мощность привода выходного контакта.
Для повышения управляемости выходных контактов на некоторых однокристальных контактах часто используются подтягивающие резисторы.
3) Контакт N/A (контакт не подключен) должен быть антистатическим и защищенным от помех.
На микросхеме CMOS, чтобы предотвратить повреждение, вызванное статическим электричеством, неиспользуемые контакты нельзя оставлять плавающими. Как правило, подтягивающий резистор подключается для уменьшения входного сопротивления, обеспечения пути утечки и улучшения способности шины противостоять электромагнитным помехам. Поскольку штифт остается плавающим, легче получать электромагнитные помехи из внешнего мира.
4) Согласование сопротивлений
При передаче по длинной линии несоответствие сопротивлений может легко вызвать интерференцию отраженных волн. Кроме того, подтягивающий резистор обеспечивает согласование сопротивления, что может эффективно подавлять интерференцию отраженной волны.
5) Предустановленное состояние пространства/потенциал по умолчанию
Подтягивающие или понижающие резисторы подключены к некоторым входным клеммам CMOS для предварительной установки потенциала по умолчанию.Когда эти контакты не используются, эти входные клеммы опускаются до низкого уровня или подтягиваются до высокого уровня. Состояние бездействия на шине, такой как I2C, достигается с помощью подтягивающих и подтягивающих резисторов.
6) Улучшить помехоустойчивость входного сигнала микросхемы.
Если входная клемма находится в состоянии с высоким импедансом или в плавающем состоянии, в это время необходимо добавить понижающий или понижающий резистор, чтобы избежать случайного уровня. Точно так же, если выходная клемма находится в пассивном состоянии, необходимо добавить подтягивающий или подтягивающий резистор.Например, выходная клемма является только коллектором транзистора, тем самым улучшая помехоустойчивость входного сигнала микросхемы и повышая помехозащищенность за счет подтягивающего резистора или подтягивающего резистора.

Рис. 4. Подтягивающий/подтягивающий резистор

 

Ⅳ Применение подтягивающих и подтягивающих резисторов

Когда использовать подтягивающие или подтягивающие резисторы? Посмотрите на следующие случаи объяснены.
1) Если для входного сигнального вывода используется подтягивающий и подтягивающий резистор, обычной функцией является фиксация сигнала до определенного уровня, чтобы предотвратить появление сигнальной линии в неопределенном состоянии.В практических приложениях резистор 10 кОм является наиболее часто используемым подтягивающим резистором. Использование подтягивающего резистора или подтягивающего резистора зависит в основном от потребностей самой схемной системы. Например, для высокоэффективного разрешающего управляющего сигнала мы надеемся, что система схемы будет находиться в недопустимом состоянии после включения питания, и тогда будет использоваться подтягивающий резистор.
Предполагая, что сигнал разрешения используется для управления двигателем, если он остается незаземленным, сигнальная линия может быть ложно активирована до высокого уровня другими шумовыми помехами после включения питания (или во время работы), что приводит к нежелательному вращению двигателя. двигатель, и в это время может быть добавлен подтягивающий резистор.Соответственно, для управляющего сигнала сброса с активным низким уровнем (RST#), если мы хотим быть в неактивном состоянии после сброса при включении питания, следует использовать подтягивающий резистор.
2) Большинство микросхем с функциями логического управления (например, однокристальные микрокомпьютеры, ПЛИС и т. д.) содержат подтягивающие или подтягивающие резисторы. Пользователи могут выбирать, включать их или нет в соответствии со своими потребностями. Режим GPIO микроконтроллера STM32 включает в себя pull-up или pull-down.
3) В зависимости от значения сопротивления подтягивающего резистора мы также можем разделить его на сильное или слабое подтягивание вверх/вниз.Подтягивающие резисторы, встроенные в микросхему, обычно имеют слабую подтяжку (большее сопротивление), чем меньше подтягивающее сопротивление, тем сильнее способность к уровню (сильная тяга) и тем сильнее способность сопротивляться внешнему шуму (т.е. , если нежелательный шум помех должен изменить уровень сильного сигнала натяжения, необходимая энергия должна быть соответственно усилена), но чем меньше сопротивление натяжения, тем больше соответствующая потребляемая мощность, поскольку нормальный сигнал требует больше энергии для изменения состояние сигнальной линии.С точки зрения энергопотребления оба подтягивающих/понижающих резистора одинаковы.
4) Не существует строгого определения того, сколько Ом является границей между сильной тягой и слабой тягой. Как правило, подтягивающие резисторы, которые мы используем, являются слабыми натяжителями, поэтому мы все еще можем использовать внешние управляющие сигналы для подтягивания вверх/вниз сигнальных линий по мере необходимости.
Крайним значением сильного сопротивления натяжения является ноль, то есть сигнальная линия может быть напрямую подключена к источнику питания или земле.
5) При использовании подтягивающего резистора в качестве выхода (или входа и выхода) возникает больше вопросов, но основной функцией является также фиксация уровня.Наиболее распространенный выходной подтягивающий резистор появляется на выводе структуры с открытым коллектором (OC) или открытым стоком (OD).
6) Нагрузочная способность по току и нагрузочная способность по току также называются управляющей способностью выводов микросхемы. Для любого конкретного чипа возможности штифтового привода ограничены. Если нагрузка, управляемая штифтом, велика, это может привести к неправильному выходному уровню (заданный уровень не может быть выведен).
7) Структура вывода вывода OC (OD) отличается (структура OC существует в транзисторе, а структура OD существует в полевом транзисторе FET).Выход большинства микросхем компаратора представляет собой структуру вывода OD/OC, и сигнальные контакты многих микросхем или модулей, которые возвращают информацию о состоянии системы, также находятся в этой структуре, так что пользователи могут поднять уровень до соответствующего уровня в соответствии с фактические потребности схемной системы. При напряжении питания VCC преобразование уровня можно не выполнять.

Рис. 5. Подтягивающий резистор на примере

 

Ⅴ Как выбрать подтягивающий и подтягивающий резисторы?

При выборе подтягивающих и подтягивающих резисторов следует учитывать следующие три аспекта:
1) Принимая во внимание энергосбережение, ток утечки микросхемы должен быть достаточно большим, сопротивление большим, а ток малым.
2) Необходимо обеспечить достаточный ток возбуждения, поэтому сопротивление мало, а ток большой.
3) Для высокоскоростных цепей избыточные подтягивающие резисторы могут иметь сглаженные края.
Учитывая все вышеперечисленные три пункта, значение сопротивления обычно выбирают между 1K и 10K. Тот же принцип применим и к подтягивающим резисторам.

 

Ⅵ Часто задаваемые вопросы

1. Что такое подтягивающий и подтягивающий резистор?
Подтягивающий резистор соединяет неиспользуемые входные контакты (элементы И и НЕ-И) с напряжением питания постоянного тока (Vcc), чтобы поддерживать на данном входе ВЫСОКИЙ уровень. Подтягивающий резистор соединяет неиспользуемые входные контакты (элементы ИЛИ и ИЛИ) с землей (0 В), чтобы поддерживать НИЗКИЙ уровень на данном входе.

 

2. В чем разница между подтягивающим и подтягивающим резисторами?
Подтягивающий резистор соединяет неиспользуемые входные контакты (элементы И и НЕ-И) с напряжением питания постоянного тока (Vcc), чтобы поддерживать на данном входе ВЫСОКИЙ уровень. Подтягивающий резистор соединяет неиспользуемые входные контакты (элементы ИЛИ и ИЛИ) с землей (0 В), чтобы поддерживать НИЗКИЙ уровень на данном входе.

 

3.Когда использовать подтягивающие или подтягивающие резисторы?
Подтягивающие и подтягивающие резисторы часто используются при сопряжении переключателя или другого входа с микроконтроллером или другими цифровыми логическими элементами. Большинство микроконтроллеров имеют встроенные программируемые подтягивающие и/или подтягивающие резисторы, поэтому требуется меньше внешних компонентов.

 

4. Какова функция нагрузочного резистора?
В электронных логических схемах подтягивающий резистор или подтягивающий резистор — это резистор, используемый для обеспечения известного состояния сигнала.Обычно он используется в сочетании с такими компонентами, как переключатели и транзисторы, которые физически прерывают подключение последующих компонентов к земле или к VCC.

 

5. Для чего нужен подтягивающий резистор?
Что такое подтягивающие резисторы. Подобно подтягивающим резисторам, подтягивающие резисторы обеспечивают активное управление напряжением между VCC и выводом микроконтроллера, когда переключатель разомкнут. Однако вместо того, чтобы подтягивать вывод к высокому значению, такие резисторы вместо этого подтягивают вывод к низкому значению.

 

6. Как рассчитать подтягивающие резисторы?
Значение подтягивающего резистора для расчета немного отличается от значения подтягивающего резистора. Зная, что ток равен 100 мкА, мы возьмем 0,5 В в качестве нашего понижающего напряжения, поскольку входное напряжение составляет 0,8 В. Таким образом, применяя наше R = V/I еще раз, но на этот раз нам не нужно минус, так что наша формула остается постоянной.

 

7. Зачем I2C нужен подтягивающий резистор?
Как обсуждалось в модуле «Основы I2C», резисторы, которые обычно встречаются в цепях I2C, расположенных между линиями SCL и SDA и источником напряжения, называются подтягивающими резисторами…. Подтягивающий резистор используется для обеспечения состояния по умолчанию для сигнальной линии или контакта ввода/вывода общего назначения (GPIO).

 

8. Какой порт не имеет встроенного подтягивающего резистора?
Контакт ввода/вывода (I/O) — все схемы внутри микроконтроллера должны быть подключены к одному из его контактов, кроме порта P0, поскольку он не имеет встроенных подтягивающих резисторов.

 

9. Что такое pull up и pull down в Arduino?
Введение: знакомство с подтягивающими/подтягивающими резисторами в Arduino…. С подтягивающим резистором и при ненажатой кнопке вы устанавливаете логическое состояние ВКЛ, а при нажатой кнопке вы делаете логическое состояние ВЫКЛ. С подтягивающим резистором и нажатой кнопкой вы создаете логическое состояние ВКЛ и логическое состояние ВЫКЛ, когда она не нажата.

 

10. Что произойдет, если подтягивающий резистор для сигнала I2C слишком мал?
Слишком маленькое значение снова не позволит драйверам вывода потреблять достаточный ток, чтобы вытянуть вывод до 0.

Калькулятор подтягивающих резисторов I2C

Об этом инструменте#

Вы можете использовать этот инструмент для расчета минимального и максимального допустимых значений подтягивающих резисторов, необходимых для вашей шины I 2 C, в зависимости от желаемого режима работы (источник ). Он основан на официальных спецификациях шины I 2 C и учитывает ограничения, установленные для каждого режима. Для расчета минимального и максимального значений резисторов мы используем следующие формулы:

Min Rp#

Rp min = (VDD – V OLmax ) / I OL 9047 9 100116

Где:

  • VDD:
  • VDD:

    6 Напряжение питания
  • V OLMAX : Максимальный низкоуровневый выходное напряжение
  • I OL : Низкоуровневый выходной ток

Max RP #

Рп макс = т р /0.8473 x C B

3, где:

  • T R : Максимальное время наращивания сигнала (SDA / SCL / SDAH / SCLH)
  • C B : Максимальная емкостная нагрузка для линии шины

I

2 Режимы работы C#

Следующие режимы работы определены спецификацией:

  • Стандартный режим – максимальная скорость передачи данных 100 кбит/с
  • Быстрый режим – максимальная скорость передачи данных 400 кбит/с s
  • Быстрый режим Plus — максимальная скорость передачи данных 1 Мбит/с
  • Высокоскоростной режим — максимальная скорость передачи данных 3. 4 Мбит/с (в зависимости от Cb)
  • Сверхбыстрый режим — максимальная скорость передачи данных 5 Мбит/с (однонаправленный)

Сверхбыстрый режим Устройства имеют двухтактные драйверы без подтягивающих резисторов.

Электрические характеристики #

Калькулятор использует следующие электрические характеристики для каждого I 2 C Режим:

Стандартный режим Быстрый режим Fast Mode Plus HS Mode CB <= 100PF HS Mode CB> 100PF мин VDD 2V C B <400: None C B = 400: 3V None None None None MAX F SCLK 100 кГц 400 кГц 1 МГц 3. 4 МГц 1,7 МГц Max V OL 0,4 V VDD> 2V: 0.4V VDD <= 2V: 0.2xVDD VDD> 2V: 0,4V VDD <= 2V: 0.2xVDD VDD> 2V: VDD> 2V: 0.4V VDD <= 2V: 0.2XVDD VDD> 2V: 0.4V VDD <= 2V: 0.2XVDD I OL 3ma CB <400: 3MA CB = 400: 6ma 20AMA 3MA 3MA 9MA MAX T R 1000NS 300ns 120ns 80ns 160ns Max C б 400pF 400pF 550pF 100 пФ 400pF

Ресурсы #


Как это работает и выбор ва синий

Подтягивающий резистор очень распространен, и вы постоянно будете видеть его в цифровых схемах. Это просто резистор, подключенный от входа к V DD , положительному источнику питания схемы.

Например, на цифровых входах Arduino. Или ввод цифровых микросхем, таких как ИС серии 4000.

Подтягивающие резисторы

используются для обеспечения высокого уровня на входном контакте, когда кнопка не нажата. Без него ваш вход будет плавающим , и вы рискуете, что вход случайным образом изменится между ВЫСОКИМ и НИЗКИМ, поскольку он улавливает шум в воздухе.

Как выбрать номинал подтягивающего резистора

Правило 1: Значение не может быть слишком большим.

Чем выше значение подтяжки, тем ниже становится напряжение на входе. Важно, чтобы напряжение было достаточно высоким, чтобы микросхема воспринимала его как ВЫСОКИЙ или логический 1 вход.

Например, если вы используете CD4017 с источником питания 10 В, требуется минимум 7 В на входе, чтобы он воспринимался как ВЫСОКИЙ.

Правило 2: Но и слишком маленьким тоже быть не может.

Если вы, например, выберете 100 Ом, проблема заключается в том, что при нажатии кнопки через него протекает большой ток.

С источником питания 9 В вы получаете 9 В на 100 Ом, что составляет 90 мА. Это ненужная трата энергии, но это также означает, что резистор должен выдерживать 0,81 Вт. Большинство резисторов могут работать только до 0,25 Вт.

Эмпирическое правило

Эмпирическое правило при выборе подтягивающего резистора состоит в том, чтобы выбрать значение сопротивления, которое как минимум в 10 раз меньше входного сопротивления (или внутреннего сопротивления) вывода.

Часто достаточно значения подтяжки 10 кОм. Но если вы хотите понять, как это работает, продолжайте читать.

Как работают подтягивающие резисторы?

Вы можете думать о входном контакте интегральной схемы (ИС) как о резисторе, подключенном к земле. Это называется входным сопротивлением :

.

Эти два резистора образуют делитель напряжения. Если вы посмотрите на стандартную схему делителя напряжения, вы увидите, что подтягивающий резистор равен R1, а входное сопротивление равно R2:

.

Вы можете использовать формулу делителя напряжения, чтобы найти напряжение на входном контакте, когда кнопка не нажата:

Ниже я переименовал компоненты формулы, чтобы они соответствовали примеру подтягивания.Входное напряжение составляет V DD из нашего примера подтяжки. А выходное напряжение – это напряжение на входном контакте. Таким образом, формула становится:

Пример расчета

Допустим, ваш чип имеет входное сопротивление 1 МОм (от 100 кОм до 1 МОм является нормальным для многих чипов). Если ваш источник питания 9 В, и вы выбрали значение подтягивающего резистора 10 кОм, какое напряжение вы получите на входном контакте?

Вы получаете 8,9 В на входном контакте, что более чем достаточно для работы в качестве ВЫСОКОГО входа.

В общем, если вы придерживаетесь эмпирического правила использования подтягивающего резистора, который не более чем в десять раз ниже входного импеданса, вы будете уверены, что у вас всегда есть минимум 90% напряжения VDD на входной пин.

Как найти входное сопротивление микросхемы

Вы можете легко измерить входное сопротивление микросхемы. Импеданс на самом деле является термином для сопротивления, которое может меняться в зависимости от частоты. Но для этого случая подтягивания мы имеем дело только с постоянными токами.

Подключить на вход микросхемы подтягивающий резистор, например, 10 кОм, и измерить напряжение на входе.

Допустим, вы получили 8,5 В при измерении.

Используйте это, чтобы найти ток, протекающий через резистор, используя закон Ома. Падение напряжения на резисторе составляет 9 В – 8,5 В = 0,5 В, поэтому вы получаете:

Через резистор и, таким образом, через входной контакт на землю протекает ток 0,05 мА.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.